(57)【要約】【課題】  不活性ガスとして二酸化炭素を用いることにより、窒素に比して小型ボンベの使用を可能とし、燃料電池発電システムの小型化及びコストの低減を図る。【解決手段】  脱硫器１、改質器２、ＣＯ変成器３、ＣＯ除去器４をこの順に接続配管して燃料改質装置を構成し、炭化水素系の原燃料導入側に第１の開閉弁６を、改質ガス導出側に第２の開閉弁７をそれぞれ設けて締め切り可能に形成する。前記脱硫器１と改質器２との接続配管の中間部に、二酸化炭素を収容したボンベ８を接続配管し、このボンベ８の接続個所より上流側に第３の開閉弁９を、下流側に第４の開閉弁１０をそれぞれ設け、且つボンベ８の接続配管にレギュレータ１２を設け、このレギュレータ１２より下流側に第５の開閉弁１１を設ける。燃料改質装置の非常停止時又はリーク検知時等に前記ボンベ８から二酸化炭素を供給してパージする。又、リークにより改質器２の内部圧力が負圧になった時に、ボンベ８から二酸化炭素を供給して空気の流入を抑制し、触媒の性能低下を防ぐ。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の原燃料を水素主体の改質ガスに改質して燃料電池に供給する燃料改質装置において、原燃料導入側或は改質ガス導出側に不活性ガスを収容したボンベが接続され、前記燃料改質装置の非常停止時又はリーク検知時に、前記ボンベから不活性ガスを前記燃料改質装置に供給することを特徴とする燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項２】
前記燃料改質装置は、反応に寄与する物質導入側と改質ガス導出側はそれぞれ開閉弁を介して締め切り可能に形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項３】
前記燃料改質装置に含まれる改質器の起動中に特定条件での緊急停止により、当該改質器内部が負圧に転じることを検出した時に、前記ボンベから不活性ガスを前記改質器に供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項４】
前記改質器の内圧が開閉弁の故障不具合や溶接個所の故障不具合などにより規定温度以下で規定圧力以上の時、又は運転中に不慮の事由により主電源を落とさざるを得なくなった場合に、前記ボンベから不活性ガスを前記燃料改質装置に供給することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項５】
前記改質器の内圧が規定温度以下で規定圧力以上の時とは、当該改質容器温度が３００℃以下でマイナス１０ｋＰａ以上であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項６】
前記不活性ガスとして二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項７】
前記不活性ガスを収容したボンベの接続配管に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項８】
燃料改質装置に含まれる脱硫器と改質器との接続配管に、不活性ガスを収容したボンベが接続されたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項９】
前記不活性ガスを収容したボンベの接続配管の途中に、前記ボンベに収容されている不活性ガスの圧力を１００ｋＰａ以下に減圧できるレギュレータを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項１０】
前記脱硫器と改質器との接続配管における前記不活性ガスを収容したボンベの接続個所より上流側及び／又は下流側に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【請求項１１】
前記不活性ガスは充填比１．２以上に圧縮された充填量が５０Ｌ以下及び／又は８０ｇ以下の小型ボンベであることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系の原燃料を水素主体の改質ガスに改質して燃料電池に供給する燃料改質装置に係り、特に運転停止時又はトラブルによる緊急停止時等に、燃料改質装置の安全を確保すると共に触媒の劣化を防止するようにした燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、周知の如く水素と酸素（又は空気）とを電気化学的に反応させて直流電力を生成する発電装置である。燃料電池に水素を供給するには、燃料電池発電システムに燃料改質装置を組み込み、この燃料改質装置により炭化水素系の原燃料を水素主体の改質ガスに改質し、この改質ガスを燃料電池の燃料極に供給するのが一般的である。そして、燃料改質装置は通常、原燃料中に含まれている硫黄分を除去する脱硫器と、脱硫後の原燃料を水素主体の改質ガスに水蒸気改質する改質器と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成するＣＯ変成器と、更に改質ガス中に残留する一酸化炭素を二酸化炭素に選択酸化するＣＯ除去器とから構成されている。
【０００３】
燃料電池の正常運転中は、上記燃料改質装置から改質ガスを燃料電池に継続して供給することにより発電反応が続行されるが、燃料電池のトラブルによる緊急停止時等には、燃料改質装置内に改質ガスが残留する事態が発生する。燃料改質装置内における前記改質器は、触媒を介しての水蒸気改質が約７００℃の高温域で行われ、且つその水蒸気改質が吸熱反応であるため、燃料電池の運転中に付設のバーナを継続して燃焼し、その燃焼熱によって改質器を加熱することで上記適正な高温度を維持するようにしている。この改質器は、燃料電池の運転停止に伴ってバーナの燃焼も停止させられるが、改質器の内部温度は短時間で急激には低下しない。このため、改質器内に改質ガスが残留して溜まるとトラブルが発生するおそれがある。又、運転停止時に限らず、開閉弁等のトラブルにより改質器内に空気が流入すると、改質器内に収納されている触媒が酸化されて劣化する。
【０００４】
このような残留改質ガスに起因するトラブルや、流入空気に起因する触媒の劣化を回避するために、燃料電池のトラブルによる緊急停止時等に、不活性ガスを供給して残留改質ガス又は流入空気を追い出して置換（パージ）する技術が、例えば特許文献１や特許文献２等に開示されている。
【０００５】
上記特許文献１の発明は、燃料電池、燃料改質器、空気供給系、燃料ガス供給系、空気圧式シリンダバルブ、電磁遮断弁を有する操作ガス系と、電磁遮断弁を有する置換ガス系とを備え、操作ガス系及び置換ガス系に不活性ガスを供給する不活性ガス源（窒素ガス貯蔵タンク）を装置の外部に有するものにおいて、操作ガス系及び置換ガス系にそれぞれ遮断弁を介して連結された補助不活性ガスボンベ（窒素ボンベ）を装置内に備え、電磁遮断弁の操作電源喪失時に不活性ガスの供給を外部不活性ガス源から補助不活性ガスボンベに切り換えるように構成したものである。
【０００６】
上記特許文献２の発明は、燃料電池システムを停止する際には、システム内の水素を不活性ガスで置換すると共に、置換により排気された水素を燃焼させる燃料電池システムであり、燃焼器の燃焼温度を検出する温度センサと、この温度センサからの測定値に基づいて不活性ガス供給手段による不活性ガスの供給及び停止を制御する制御手段とを有する構成のものである。そして、燃焼器の温度変化が急降下した時を不活性ガスの供給停止タイミングとしている。
【特許文献１】特開平６―２９０８００号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の不活性ガス置換においては、いずれも不活性ガスとして窒素が用いられているため窒素ガス貯蔵タンク、窒素ボンベ等が必須の構成部材となり、これらはかなり大型のものであることから燃料電池発電システムの大型化、及びコストの増大を来たす問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術における問題を解決するためになされたもので、不活性ガスとして窒素ではなく、二酸化炭素を用いることにより窒素に比して小型ボンベの使用を可能とし、これにより燃料電池発電システムの小型化を図ると共に、コストの低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１は、炭化水素系の原燃料を水素主体の改質ガスに改質して燃料電池に供給する燃料改質装置において、原燃料導入側或は改質ガス導出側に不活性ガスを収容したボンベが接続され、前記燃料改質装置の非常停止時又はリーク検知時に、前記ボンベから不活性ガスを前記燃料改質装置に供給することを特徴とする、燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構を要旨とする。
【００１０】
本発明の請求項２は、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記燃料改質装置は、反応に寄与する物質導入側と改質ガス導出側はそれぞれ開閉弁を介して締め切り可能に形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３は、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記燃料改質装置に含まれる改質器の起動中に特定条件での緊急停止により、当該改質器内部が負圧に転じることを検出した時に、前記ボンベから不活性ガスを前記改質器に供給することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記改質器の内圧が開閉弁の故障不具合や溶接個所の故障不具合などにより規定温度以下で規定圧力以上の時、又は運転中に不慮の事由により主電源を落とさざるを得なくなった場合に、前記ボンベから不活性ガスを前記燃料改質装置に供給することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５は、請求項４に記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記改質器の内圧が規定温度以下で規定圧力以上の時とは、当該改質容器温度が３００℃以下でマイナス１０ｋＰａ以上であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記不活性ガスとして二酸化炭素を用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記不活性ガスを収容したボンベの接続配管に開閉弁を設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項８は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記燃料改質装置に含まれる脱硫器と改質器との接続配管に不活性ガスを収容したボンベが接続されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項９は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記不活性ガスを収容したボンベの接続配管の途中に、前記ボンベに収容されている不活性ガスの圧力を１００ｋＰａ以下に減圧できるレギュレータを設けたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１０は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記脱硫器と改質器との接続配管における前記不活性ガスを収容したボンベの接続個所より上流側及び／又は下流側に開閉弁を設けたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１１は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構において、前記不活性ガスは充填比１．２以上に圧縮された充填量が５０Ｌ以下及び／又は８０ｇ以下の小型ボンベであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
上記請求項１の発明によれば、燃料電池の非常停止時又はトラブルによる緊急停止時に、燃料改質装置に接続されたボンベから不活性ガスを燃料改質装置に供給することで、改質器等に残留する改質ガスを追い出して置換することができる。これにより、改質器等のトラブルを回避することができる。
【００２１】
上記請求項２の発明によれば、燃料電池の非常停止時又はトラブルによる緊急停止時に、燃料改質装置の導入側と導出側の開閉弁を閉じることで、反応に寄与する物質の導入を防ぐと共に、燃料電池側への改質ガスの導出を防ぐことができる。
【００２２】
上記請求項３の発明によれば、燃料電池の運転開始時又は運転中に、燃料改質装置に含まれる改質器の特定条件での緊急停止により、改質器内部が負圧に転じることを検出した時に、当該改質器に不活性ガスをパージすることで改質器を保護することができる。
【００２３】
上記請求項４の発明によれば、燃料改質装置に含まれる改質器の内圧が開閉弁の故障不具合や溶接個所の故障不具合などにより規定温度以下で規定圧力以上の時、又は運転中に不慮の事由により主電源を落とさざるを得なくなった場合に、ボンベから不活性ガスを改質器に供給することで空気の流入を抑制することができる。これにより、改質器内に収納されている触媒の酸化を極力防いで、触媒の劣化を抑制することができる。
【００２４】
上記請求項５の発明によれば、上記改質器の内圧が改質容器温度３００℃以下でマイナス１０ｋＰａ以上の時に、不活性ガスによるパージを確実に行って改質器内への空気の流入を抑制することができる。
【００２５】
上記請求項６の発明によれば、不活性ガスとして二酸化炭素を用いることで、従来の窒素を用いる場合よりも小型ボンベの使用が可能となる。これにより、ボンベを燃料改質装置に組み込んでも燃料電池発電システム全体を大型化することはない。
【００２６】
上記請求項７の発明によれば、改質器のリークチェック時に前記ボンベの接続配管に設けた開閉弁を開けば、ガスリークにより改質器内に負圧が生じているとボンベから不活性ガスが改質器内に流入する。これにより、不活性ガスを収容したボンベを用いて改質器のリークチェックを簡便に行うことができる。
【００２７】
上記請求項８の発明によれば、燃料改質装置に含まれる脱硫器と改質器との接続配管に不活性ガスを収容したボンベが接続されているため、トラブルによる緊急停止時等に、燃料改質装置の原燃料導入側の開閉弁を閉じると共に、高温域にある改質器に対してボンベから不活性ガスを供給することで、改質器内に残留する改質ガスを追い出して置換することができる。これにより、改質器のトラブルを防ぐと共に燃料電池側へのトラブル波及も防ぐことができる。
【００２８】
上記請求項９の発明によれば、不活性ガスを収容したボンベの接続配管の途中に、ボンベに収容されている不活性ガスの圧力を１００ｋＰａ以下に減圧できるレギュレータを設けたので、トラブルによる緊急停止時等に、適正に圧力調整した不活性ガスを改質器に投入することができる。これにより、圧縮ガスの断熱膨張による結露のためにガスの流通を妨げることがなく、又開閉弁やポンプなどの選択の自由度が広がることによるコストの低減が図れる。更に、改質器の内部圧力が瞬時に増大するのを抑制することで、改質器を保護することができる。
【００２９】
上記請求項１０の発明によれば、前記脱硫器と改質器との接続配管における不活性ガス収容ボンベの接続個所より上流側及び／又は下流側に開閉弁を設けたので、トラブルによる緊急停止時等に、上流側の開閉弁を閉じれば脱硫器側へ不活性ガスを流入させることなく、改質器側へ不活性ガスを確実に供給することができる。又、改質器への不活性ガス供給後に下流側の開閉弁を閉じれば、不活性ガスの逆流を阻止して改質器内部でのガスパージを確実に維持することができる。
【００３０】
上記請求項１１の発明によれば、不活性ガスは充填比１．２以上に圧縮された充填量が５０Ｌ以下及び／又は８０ｇ以下の小型ボンベでよいため、従来の窒素ボンベよりも小型で済む。これにより、燃料改質装置に組み込んで使用しても燃料電池発電システム全体が大型化せず、又市販されている汎用品を使用できることからコストの低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る燃料電池発電システムにおける燃料改質装置のガスパージ機構の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る燃料改質装置のガスパージ機構を含む燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図であり、燃料改質装置は脱硫器１と、改質器２と、ＣＯ変成器３と、ＣＯ除去器４とをこの順に接続配管することにより構成されている。
【００３２】
この燃料改質装置の作用を概略説明すると、炭化水素系の原燃料（例えば都市ガス、ＬＰＧガス等）が脱硫器１に供給され、この脱硫器１により原燃料中に含まれている硫黄分が脱硫される。脱硫せずに原燃料をそのまま改質器２に供給すると、この改質器２の内部に収納されている触媒が硫黄成分によって被毒を受けて触媒性能が低下するので、改質器２の前段階で脱硫処理を行う必要がある。
【００３３】
次いで、脱硫された原燃料は図示を省略した気化器で生成された水蒸気と混合された後、改質器２に導入されて水蒸気改質される。この改質器２の内部には例えば貴金属系の触媒が収納されており、約７００℃の高温域で水素主体のガスに水蒸気改質する。このため、改質器２にはバーナ２ａが付設され、運転開始時には原燃料をバーナ２ａに供給して燃焼し、この燃焼熱により改質器２を加熱して所定の温度になるまで昇温する。又、運転中においても、触媒による水蒸気改質が吸熱反応であるため、バーナ２ａの燃焼を継続して改質器２を加熱し、上記所定の温度を維持する。運転中においては、燃料電池５の燃料極から排出されるオフガスをバーナ２ａに導入して燃焼させることができる。
【００３４】
上記改質器２で生成した改質ガスは、水素主体のガスではあるが一酸化炭素等を含んでいるためＣＯ変成器３に導入され、一酸化炭素を二酸化炭素に変成することでＣＯ濃度を低減する。更に、ＣＯ変成器３からＣＯ除去器４に導入され、改質ガス中に残留する一酸化炭素を選択酸化することでＣＯ濃度を更に低減した後に、燃料電池５の燃料極に改質ガスを供給する。改質ガス中に含まれる一酸化炭素は、燃料電池５の電極触媒を被毒して発電性能を低下させるので、ＣＯ濃度を約１０ｐｐｍ以下まで低減する必要がある。
【００３５】
上記構成の燃料改質装置において、原燃料導入側に第１の開閉弁６が脱硫器１より上流側に位置して設けられ、改質ガス導出側には第２の開閉弁７がＣＯ除去器４より下流側に位置して設けられる。これにより、燃料改質装置は第１の開閉弁６と第２の開閉弁７とを介して改質に寄与する物質の入口と、反応生成物の出口の両端において締め切りが達成される。
【００３６】
又、脱硫器１と改質器２との接続配管の中間部にボンベ８が接続配管され、このボンベ８の接続個所より上流側に第３の開閉弁９が設けられると共に、ボンベ８の接続個所より下流側に第４の開閉弁１０が設けられる。更に、ボンベ８の接続配管にはレギュレータ１２が設けられると共に、このレギュレータ１２より下流側に第５の開閉弁１１が設けられる。これにより、第５の開閉弁１１を開けると、ボンベ８に収容されている不活性ガスがレギュレータ１２で調圧されて改質器２に供給される。尚、ボンベ８は原燃料導入側のみならず導出側に接続することも可能である。又、上記第１の開閉弁６ないし第５の開閉弁１１として電磁弁を採用することができる。
【００３７】
上記レギュレータ１２として、汎用のレギュレータを用いた比較例においては、不活性ガスの一次圧６ＭＰａを１ＭＰａまでしか減圧できなかったために、不活性ガス供給時に
燃料電池５に過大な圧力が掛かり電池のリークを誘発したために正規の発電が行えなくなった。本実施例では、１００ｋＰａ以下好ましくは７０ｋＰａ以下、より好ましくは５０ｋＰａ以下まで減圧可能なレギュレータ１２を用いることで、燃料電池５へ過大な圧力による悪影響を与えることなく燃料改質装置に不活性ガスを供給することができた。レギュレータを用いなかったり汎用のレギュレータでは、二酸化炭素放出時に配管内で結露してしまい充分ガスを送れなくなったり、使用している開閉弁やポンプを壊してしまったり、開閉弁やポンプ等の選定の幅が制限されてしまうことになる。
【００３８】
本実施形態では、不活性ガスとして二酸化炭素をボンベ８に収容したものを用いるが、二酸化炭素は窒素よりも蒸気圧が低い（図２参照）ため、従来用いられた窒素ボンベよりも小さい容器であっても、大きな容量を圧縮して収容することが可能である。例えば、二酸化炭素充填比（充填圧力ＭＰａ）１．２以上に圧縮された充填量が５０Ｌ以下及び／又は８０ｇ以下の小型ボンベを使用できる。この程度の小型ボンベは一般に市販されており、汎用品であるため安価に入手することができ、且つ窒素ボンベに比して小さな容器で済むため、燃料改質装置に組み込んでも嵩張らず、燃料電池発電システムを大型化することはない。これにより、燃料電池システムの小型化及びコストの低減に寄与することができる。
【００３９】
燃料電池５のトラブルによる緊急停止時等には、前記第１の開閉弁６及び第２の開閉弁７が閉じられ、燃料改質装置は両端が締め切られて冷間保圧状態となる。この冷間保圧中は水分の凝縮や温度低下により改質器２の内部圧力が減少して負圧になる。この状態で改質器２より上流側の開閉弁の故障によりリークが発生すると、改質器２内部へ空気が流入する。空気が流入すると、改質器２内部の触媒が酸化されて改質器２の温度上昇が認められた。比較例としてこの状態のまま、運転開始時に改質器２で改質を開始したところ、出口でのガスは改質が不完全であり、原燃料や中間生成物の混在が認められた。
【００４０】
本実施形態では、開閉弁の故障不具合や改質器２の溶接個所の故障不具合などにより、改質器２の内圧が改質容器温度３００℃以下でマイナス１０ｋＰａ以上となった時に、又は運転中に不慮の事由により主電源を落とさざるを得なくなった場合に、前記第５の開閉弁１１を開いてボンベ８から不活性ガスを改質器２内に供給するように設定した。これにより、改質器２内を不活性ガスで置換して空気の流入を抑制したので、触媒の酸化が抑制され、酸化による改質器２の温度上昇も認められなかった。前記リーク故障の開閉弁を交換の上、運転開始時に改質器２で改質を開始したところ、出口でのガスはガス分析を行った結果ＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下であり、改質がほぼ完全であって正常時と同じ組成を示し、触媒の劣化は殆ど認められなかった。尚、図示は省略したが改質器２の内圧を計測する圧力計を設ける。
【００４１】
図３は、センサによる改質器のリーク検出を示すグラフであり、冷却過程において斜線で示す３００℃以下でマイナス１０ｋＰａ以上の範囲が改質器リークみなしの領域とされている。このような冷却過程においても、改質器リークみなしの領域では二酸化炭素によるパージを行い、エラー表示／センター通報を行うことが好ましい。
【００４２】
運転開始時には、前記バーナ２ａに原燃料を供給して燃焼させ、その燃焼熱により改質器２を所定の温度になるまで昇温するが、比較例としてこの昇温中の改質器２において、溶接割れが発生した場合には、リークにより改質器２の内圧が３００℃以下にも拘わらずマイナス１０ｋＰａ以上となった。この状態のまま、改質器２で改質を開始したところ、図示しない水素センサが反応して運転が停止した。この時、改質器２で触媒の酸化やカーボン析出が認められた。
【００４３】
本実施形態では、改質器２の昇温過程で上記圧力計でリークを検知し、前記ボンベ８から不活性ガスを供給して置換したため、改質器２の改質開始前に運転を停止することができた。又、運転開始後、改質器２が昇温される過程で水蒸気が改質器２に導入され、続いて原燃料が導入される。この間に不測の事態により緊急停止が掛かった場合、水蒸気の凝縮により改質器２が容器耐圧や開閉弁の耐圧を超えてしまうため、かかる場合には二酸化炭素パージを行う。前記のように不活性ガスとして二酸化炭素を用いた場合、例えば充填圧力６ＭＰａ、充填量は８リットルであり、ボンベ８は改質器２内を２倍以上置換するに充分な量を有している。従来不活性ガスとして窒素を用いた場合は、既製品では充填圧力１８．６ＭＰａ、充填量は３リットルであり、改質器２内を１回置換する量とほぼ等量であるに過ぎない。
【００４４】
本実施形態では、前記のようにボンベ８は脱硫器１と改質器２との接続配管の中間部に接続されており、この接続個所の上流側には第３の開閉弁９が設けられている。このため、ボンベ８から不活性ガスを改質器２に供給する時に、第３の開閉弁９を閉じれば改質器２で発生したリークに対し、脱硫器１側に影響を与えることなく不活性ガスを改質器２に供給することができる。比較例としてボンベ８が脱硫器１の前段位置に接続された場合は、改質器２に供給される不活性ガスが脱硫器１を経由するため、脱硫器１に収納されている触媒に、吸着された硫黄成分の脱着が起こり、これが改質器２側へ流れ込むことで改質触媒の触媒性能を劣化させてしまう。
【００４５】
燃料電池発電システムにおいて、改質器２の設置時又はＣＯ除去器４等の交換後のリークテストとして、小型不活性ガスボンベを内蔵しない比較例の場合では、別途不活性ガスボンベを持参する必要があった。このため、設置時や交換時に別途不活性ガスボンベを持ち込まねばならず、又このための配管の締結作業が発生し作業性が低下した。本実施形態では、小型不活性ガスボンベを内蔵する燃料電池発電システムであるから、その不活性ガスボンベを用いてリークテストを完了することができ、別途に不活性ガスボンベを持参する必要がなく、簡便なシステムとすることができる。
【００４６】
燃料電池５の運転停止後、両端締め切り型の燃料改質装置では、前記のように改質器２等の内圧が負圧になるが、停止後冷却状態での改質器２等の内圧が０ｋＰａ以下に低下しなかった。これを放置し冷却後再起動したところ燃料電池５の電圧低下で停止した。これは開閉弁のリークによって空気が流入し、ＣＯ変成触媒の劣化により一酸化炭素の除去が十分行えなかったことが原因であると考えられ、燃料改質装置の交換を余儀なくされた。本実施形態では、上記冷却過程でボンベ８を利用して不活性ガスを供給してリークエラー検知を行った。調査の結果、改質器２の前段に設置される開閉弁の外漏れが原因であった。当該開閉弁を交換した後に再起動を行ったところ、問題なく燃料電池５を作動させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る燃料改質装置のガスパージ機構は、燃料電池発電システムにおける燃料改質装置に適用して有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る燃料改質装置のガスパージ機構を含む燃料電池発電システムの構成を概略示すブロック図である。
【図２】不活性ガスとして従来用いられている窒素と、本発明で不活性ガスとして用いる二酸化炭素の蒸気圧曲線を概略示すグラフである。
【図３】センサによる改質器のリーク検出を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１  脱硫器
２  改質器
２ａ  バーナ
３  ＣＯ変成器
４  ＣＯ除去器
５  燃料電池
６  第１の開閉弁
７  第２の開閉弁
８  ボンベ
９  第３の開閉弁
１０  第４の開閉弁
１１  第５の開閉弁
１２  レギュレータ
【図１】
2006286249.tif 000003
【図２】
2006286249.tif 000004
【図３】
2006286249.tif 000005